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閱讀：174發(fā)布時(shí)間：2013-3-26
紫外線(xiàn)消毒器在水處理消毒中的應(yīng)用
摘要：紫外消毒的殺菌原理是利用紫外線(xiàn)光子的能量破壞水體中各種病毒、細(xì)菌以及其它致病體的DNA結(jié)構(gòu)，使各種病毒、細(xì)菌以及其它致病體喪失復(fù)制繁殖能力，達(dá)到滅菌的效果。紫外C殺菌的效果取決于紫外線(xiàn)的劑量；
紫外線(xiàn)消毒在水處理中的應(yīng)用
紫外線(xiàn)消毒zui早應(yīng)用于美國(guó)，由于其接觸時(shí)間短、占用空間少、又不會(huì)產(chǎn)生對(duì)人畜有害的副產(chǎn)品，因此被認(rèn)為是傳統(tǒng)液氯消毒*的替代品。1986年，美國(guó)環(huán)保署（EPA）將紫外線(xiàn)消毒列入污水消毒設(shè)計(jì)手冊(cè)，進(jìn)一步推動(dòng)了紫外線(xiàn)消毒替代化學(xué)消毒的進(jìn)程。
一、現(xiàn)代紫外線(xiàn)消毒技術(shù)簡(jiǎn)介
紫外線(xiàn)一般被分為三個(gè)不同波段：紫外A（315nm～400nm）、紫外B（280nm～315nm）和紫外C（100nm～280nm）。紫外燈的殺菌能力取決其發(fā)射光譜中紫外C的含量，紫外C是殺菌效果的紫外波長(zhǎng)范圍。在該波段中260nm 附近已被證實(shí)是殺菌效率zui高的，目前生產(chǎn)的紫外燈的zui大功率輸出在253.7nm波長(zhǎng)。
該波長(zhǎng)輸出在目前世界頂極紫外燈中已占到紫外能量的90%，總能量的30%，由于高強(qiáng)度、率的紫外C存在，紫外技術(shù)已成為水消毒領(lǐng)域一個(gè)具有相當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。
紫外消毒的殺菌原理是利用紫外線(xiàn)光子的能量破壞水體中各種病毒、細(xì)菌以及其它致病體的DNA結(jié)構(gòu)，使各種病毒、細(xì)菌以及其它致病體喪失復(fù)制繁殖能力，達(dá)到滅菌的效果。紫外C殺菌的效果取決于紫外線(xiàn)的劑量，紫外線(xiàn)劑量取決于紫外C強(qiáng)度和照射的時(shí)間，即D=I×S，其中D為劑量，I為強(qiáng)度，S為照射時(shí)間。
二、現(xiàn)代紫外線(xiàn)消毒技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
1）率殺菌
具有較高的殺菌效率，紫外C對(duì)細(xì)菌、病毒的殺滅作用一般在1秒以?xún)?nèi)，傳統(tǒng)的氯氣以及臭氧方法，達(dá)到紫外C的殺菌效果一般需要20 分鐘至1小時(shí)。
2）殺菌廣譜性
紫外C技術(shù)在目前的消毒技術(shù)中，殺菌的廣譜性相當(dāng)高，它對(duì)幾乎所有的細(xì)菌和病毒都能率殺滅，并且對(duì)一些危害較大，而氯氣和臭氧在水消毒可能的濃度內(nèi)很難有效殺滅的原生動(dòng)物都能有效殺滅。
3）無(wú)二次污染
由于紫外C技術(shù)不加入任何化學(xué)藥劑，因此它不會(huì)對(duì)水體和周?chē)h(huán)境產(chǎn)生二次污染，不改變水中任何成分。而對(duì)氯消毒來(lái)說(shuō)，如果水中含有大量的有機(jī)物，其產(chǎn)生的有機(jī)氯對(duì)人體有致癌作用，并且水中含有的氯化合物在某些場(chǎng)合下，對(duì)水中生物、植物以及水環(huán)境產(chǎn)生危害。
4）運(yùn)行安全可靠
傳統(tǒng)的消毒技術(shù)如采用氯化合物或臭氧，其消毒劑屬于劇毒、易燃、易爆腐蝕性物質(zhì)，這些物質(zhì)的使用必須特別小心，現(xiàn)代紫外水消毒系統(tǒng)是一種對(duì)周?chē)h(huán)境以及操作人員相對(duì)安全可靠的技術(shù)。
三、影響紫外線(xiàn)消毒效果的因素
1．紫外劑量
紫外劑量是影響消毒效果的直接因素。它等于紫外光強(qiáng)度與接觸時(shí)間的乘積。在相同的紫外光強(qiáng)度條件下,接觸時(shí)間決定紫外劑量。在大型污水處理廠中,由于水量大,接觸時(shí)間得不到保證,因此用紫外線(xiàn)消毒的效率比小型污水處理廠差。從理論上分析,紫外劑量越大,消毒越好,然而紫外消毒有一限值,超過(guò)此限值則不能經(jīng)濟(jì)有效地對(duì)額外的微生物進(jìn)行滅殺。
如果分別考慮紫外光強(qiáng)度與接觸時(shí)間對(duì)消毒效果的影響,可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于不同種類(lèi)的微生物,兩者的影響是不同的。在紫外劑量相同的情況下,紫外光強(qiáng)度對(duì)于大腸埃希氏桿菌影響更大,這是因?yàn)榧?xì)胞中的修復(fù)酶對(duì)紫外光強(qiáng)度更敏感;而對(duì)于真核酵母菌細(xì)胞來(lái)說(shuō),增加接觸時(shí)間更有利于滅殺;當(dāng)然對(duì)于更多的微生物,如噬菌體、孢子,把兩者分開(kāi)討論是沒(méi)有多大意義的,原因可能在于其在紫外線(xiàn)消毒過(guò)程中處于一種不活動(dòng)狀態(tài)。因此沒(méi)有必要確定zui少的接觸時(shí)間和zui小的紫外光強(qiáng)度,兩者的乘積才是影響紫外線(xiàn)消毒效果的必要因素。
2．微生物的種類(lèi)和負(fù)荷
由于污水中細(xì)菌、病毒的種類(lèi)繁多,且對(duì)紫外線(xiàn)的抗性不同,因此對(duì)于不同類(lèi)型的污水,呈現(xiàn)出不同的消毒效果。有些微生物對(duì)于紫外線(xiàn)比較敏感,去除率較高,如糞大腸菌而有些微生物則不然,需用較高的紫外劑量進(jìn)行滅殺,如F-RNA大腸桿菌菌體、銅綠色極毛桿菌。微生物負(fù)荷是影響紫外線(xiàn)消毒效率的一大因素,較高的微生物量必然要求更高的紫外劑量。目前,在紫外線(xiàn)消毒器的設(shè)計(jì)中,主要是滅活TC（總大腸菌）、FC（糞大腸菌）、E.coli（大腸埃希氏菌）、糞鏈球菌和沙門(mén)氏菌數(shù)量來(lái)估計(jì)紫外線(xiàn)劑量需求。
3. 水質(zhì)參數(shù)
3.1 紫外線(xiàn)的穿透率（UVT）
一般來(lái)說(shuō),紫外線(xiàn)的穿透率越低,消毒效果越差。穿透率與上游處理工藝、來(lái)源以及水中工業(yè)化合物的成分有關(guān)。法國(guó)的一家污水廠運(yùn)行紫外線(xiàn)消毒系統(tǒng)后表明:當(dāng)UV輸出功率為26.7wuvc ,穿透率< 40%時(shí),經(jīng)紫外線(xiàn)消毒后的微生物數(shù)有可能超標(biāo),而在穿透率>55% ,并且COD和SS的值都比較低的情況下,可以獲得較好的消毒效果。
3.2 總懸浮物（ TSS）
總懸浮物對(duì)紫外線(xiàn)消毒的影響主要表現(xiàn)在:（1）懸浮顆粒吸收并分散了紫外能量, （2）微生物隱藏在顆粒中受到保護(hù),避免了紫外線(xiàn)和化學(xué)藥劑的破壞。如果通過(guò)膜法過(guò)濾,再用紫外線(xiàn)消毒,那么所需紫外線(xiàn)劑量大大減少,同時(shí)消毒效果也有很大提高。在比較國(guó)內(nèi)與國(guó)外紫外線(xiàn)消毒性能差別時(shí),有觀點(diǎn)認(rèn)為:國(guó)外水處理廠出水的SS < 10mg/ L ,而國(guó)內(nèi)處理出水SS為20～30mg/L，這方面的差異使得國(guó)內(nèi)污水廠在使用紫外線(xiàn)消毒后的殺菌效果較差。
3.3 顆粒物的尺寸分布（PSD）
顆粒物的尺寸分布影響紫外線(xiàn)的消毒效率。當(dāng)顆粒物粒徑超過(guò)某一臨界值時(shí),紫外劑量隨著污水中顆粒物粒徑的增加而增加。對(duì)于某些致病微生物,由于其易結(jié)成大顆粒的團(tuán)狀物,在處理這類(lèi)污水時(shí),紫外線(xiàn)消毒的效率不高,并受到了一定的限制。
3.4 水力負(fù)荷
影響紫外線(xiàn)消毒因素還有處理流量,當(dāng)水量突然增大時(shí),紫外線(xiàn)接觸時(shí)間短,需要更強(qiáng)的紫外劑量。而紫外線(xiàn)系統(tǒng)通常根據(jù)zui大峰值流量設(shè)計(jì),當(dāng)水力負(fù)荷大時(shí),出水水質(zhì)較平時(shí)差,殺菌率無(wú)法保證。
3.5 其它影響因素
鐵離子化合物也被認(rèn)為會(huì)影響紫外線(xiàn)消毒,它可以降低紫外穿透率,為微生物提供一道保護(hù)屏障,增加消毒阻力,增加有清洗裝置的石英套管結(jié)垢。
紫外線(xiàn)消毒法與其它幾種消毒方法比較起來(lái)，接觸時(shí)間短，成本低，不需要投加藥/品，無(wú)二次污染。可以很快大范圍推廣。
四、紫外線(xiàn)消毒法未來(lái)的發(fā)展
在國(guó)內(nèi),雖然工程上已經(jīng)逐漸開(kāi)始使用紫外線(xiàn)系統(tǒng),但是對(duì)于紫外線(xiàn)消毒技術(shù)的研究并沒(méi)有*開(kāi)展起來(lái),對(duì)于紫外線(xiàn)消毒在污水處理中的應(yīng)用還有許多的難題,如:
1）由于我國(guó)污水處理廠出水的水質(zhì)與國(guó)外存在很大的不同,影響紫外線(xiàn)消毒性能的因素又是如此之多,如何更好地發(fā)揮紫外線(xiàn)消毒系統(tǒng)的性能;
2） 目前在國(guó)內(nèi)使用紫外線(xiàn)消毒系統(tǒng)的都是小型污水處理廠,如何更好的應(yīng)用到大型污水處理廠;
3） 傳統(tǒng)的加氯接觸池已被證實(shí)可以改造成紫外線(xiàn)消毒系統(tǒng),然而較長(zhǎng)的出水渠使得光復(fù)活作用比較明顯,如何降低這種影響;
4） 利用紫外線(xiàn)消毒與其他消毒方法的聯(lián)用,是否可以靈活應(yīng)用于其他工業(yè)廢水的處理等等。這些都需要進(jìn)一步的研究,并不斷推廣應(yīng)用。
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